長沙磁浮快線工程的防雷接地設計要點

王德發

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢//高級工程師）

長沙磁浮快線工程的防雷接地設計要點

王德發

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢//高級工程師）

磁浮快線的車體構造、軌道結構和受流方式與其他軌道交通方式明顯不同，因此在防雷接地設計方面需要特殊考慮。介紹了長沙磁浮快線車站、高架區間、車輛段防雷及接地網的設置方式、使用材料及相關材料，詳細說明了接觸軌、F型軌道及弱電系統的防雷接地設計方案，著重介紹了區間及F型軌道防雷接地的具體做法及土建預留預埋的要求。經實際使用驗證，長沙磁浮快線的防雷接地設計，取得了較好的防雷效果。

長沙磁浮快線；防雷接地；車站；區間；車輛段

長沙磁浮快線工程已于2016年5月6日正式開通運營。磁浮快線的車體構造、軌道結構和受流方式與其他軌道交通方式明顯不同，因此在防雷接地設計中需做特殊考慮。本文根據GB 50157—2013《地鐵設計規范》、GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》及GB 50343—2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》，結合長沙磁浮快線工程特點，介紹長沙磁浮快線的防雷接地設計實施方案。

1 長沙磁浮快線的防雷接地設計要點

1.1 車站防雷接地

長沙磁浮快線的車站按照二類防雷建筑物標準進行設計。屋頂避雷帶沿女兒墻及屋面敷設；當屋面為金屬，且滿足金屬屋面做接閃器的條件時，可不敷設避雷帶［4］。避雷帶采用φ 10熱鍍鋅圓鋼；其支架高出墻面15 cm，支架間距不大于1.0 m，拐角處間距不大于0.5 m。二者在屋頂連接成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷帶網格［5-6］。凡突出屋面的金屬管道、水箱及金屬構架均需與避雷帶焊接。引下線利用建筑物鋼筋體系（包括梁內鋼筋和柱內鋼筋），根據柱網跨度設置。引下線的平均間距不應大于18 m。被用作引下線的建筑物結構鋼筋采用不小于φ 10的主筋通長焊接或綁扎；引下線上端與避雷帶焊接，下端與綜合接地網可靠焊接。這樣可使避雷帶、引下線及接地網整體電氣貫通。

長沙磁浮快線車站接地采用綜合接地系統。該綜合接地系統的接地裝置第一部分利用承臺基礎樁基、承臺和基礎梁內鋼筋組成自然接地體；第二部分由承臺周圍的人工水平接地體和垂直接地體構成。第一部分與第二部分的綜合接地電阻不大于1 Ω［7］。車站結構底板、中板、頂板及側墻結構鋼筋可靠焊接或綁扎，結構柱外圍主筋（不少于兩根）與車站底板、中板、頂板及側墻主筋可靠焊接。

人工接地網與車站結構鋼筋相連接構成磁浮高鐵站的綜合地網，且能分別測量接地電阻。車站綜合地網的接地電阻應不大于1 Ω。

長沙磁浮快線車站人工接地網設3組引出線，分別為強電設備、弱電設備和非電氣金屬管線接地引出線［4］。每組引出線的距離應滿足沿接地導體的距離不小于20 m的要求。每組接地引出線為3根，其中1根為備用。

1.2 高架區間防雷接地

長沙磁浮快線高架區間防雷接地示意圖見圖1。長沙磁浮快線區間疏散平臺為全金屬結構，上部與金屬護欄焊接，下部與強弱電纜支架焊接。高架區間利用金屬疏散平臺上的護欄作為接閃器，利用每個橋墩的鋼筋體系作為引下線。被用作專用引下線的橋墩內主筋直徑不小于10 mm，引下線上端與疏散平臺下端的電纜支架通過扁鋼連接，使得疏散平臺與引下線電氣貫通。在區間伸縮縫或疏散平臺斷開處，需用直徑不小于10 mm的電纜連接。

區間的承臺基礎樁基、承臺和基礎梁內鋼筋組成了自然接地體。每個橋墩的接地均電阻不大于10 Ω。在橋墩表面-1.0 m處預留接地鋼板，如接地電阻不滿足要求，則可增設人工接地極；在橋墩表面標高0.5 m處設接地電阻監測點。為避免產生迷流，區間一半的橋墩與區間疏散平臺連接，作為區間橋梁防雷的引下線及接地網；另一半的橋墩通過地極保護器與接觸軌連接，作為接觸軌的防雷引下線和接地網。經計算，疏散平臺的金屬護欄完全可以保護軌道和橋梁。

圖1 長沙磁浮快線高架區間防雷接地示意圖

1.3 車輛段防雷接地

車輛段附屬樓、綜合庫及牽引降壓混合變電所等建筑物按二類防雷建筑物標準設計。防直擊雷采用φ10熱鍍鋅圓鋼沿女兒墻及屋脊等部位敷設避雷帶，并在整個屋面組成不大于10 m×10 m或12 m×8 m的避雷網格。不同高差避雷帶采用φ10圓鋼可靠焊接，屋面所有突出金屬構件均要與之可靠連接。屋面煙道處設置高1.0 m的φ12鍍鋅圓鋼避雷針，并與避雷帶相連；豎向金屬管道在底端與頂端與防雷裝置多次連接。防雷引下線利用建筑構造柱內直徑大于10 mm的鋼筋作為引下線，其平均間距不大于18 m。柱子主鋼筋須上下連通，被利用的柱子上端主鋼筋與屋面避雷帶或暗敷引下線焊接，下端與基礎主鋼筋焊接，并在-1.0 m標高處焊出一根40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼。此扁鋼伸向室外距外墻皮的距離不小于1.0 m，以便必要時增加人工接地極。柱子鋼筋在0.5 m標高處預埋接地連接端子板，以供測量接地電阻使用。

長沙磁浮快線車輛段低壓配電系統接地采用TN-S或TN-C-S系統。電源在變配電室分別引出N線（工作零線）及PE線（專用保護接地線）。電氣設備外露可導電部分、控制箱與配電箱的金屬框架、電力線路的金屬保護管、各種金屬接線盒、電纜橋架及插座的保護接地孔等必須與PE線連接。凡正常不帶電，且當絕緣破壞時有可能帶電壓的一切電氣設備金屬外殼均應可靠接地。

在建筑物內設總等電位聯結（MEB）端子箱，將電纜金屬外皮、鋼管及進出建筑物金屬管道等作MEB，并根據設備的防護等級要求設置相應級別的電涌保護器進行防護。在每層衛生間及通信、信號、FAS（火災報警系統）、BAS（環境與設備監控系統）、AFC（自動售檢票）等專業的電子設備用房均設置局部等電位端子板（LEB）。局部等電位之間采用25 mm×4 mm扁鋼連接。

1.4 接觸軌防雷接地

在正線接觸軌上，正極每隔約300 m設置1個直流避雷器［8］，在上網點設置的避雷器可保護變電所內的設備，負極每隔約50 m就設置直流避雷器以保護車輛與F型軌道間隙。直流避雷器單獨設置引下線，并與區間防雷所用的引下線交叉設置。

在車站及車輛段庫內設置的接地軌，當車輛進站或進庫時能自動接地以保護人員安全。接地軌與變電所接地母排通過95 mm2電纜相連。

1.5 F型軌道防雷接地

F型軌道接地示意圖見圖2。在每個F型軌道的接頭處均采用M12×20螺栓和截面50 mm2的接地連接線進行連接。接地連接線采用鍍錫軟銅絞線。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型伸縮接頭處接地連接線長度分別為250 mm、650 mm和950 mm。

圖2 F型軌道接地示意圖

為滿足磁浮系統要求，在車站有效站臺的兩端、車輛段每股道的尾端均設置F軌接地連接電纜，在正線區間每隔2 km處設置接地連接電纜。

1.6 弱電系統防雷接地

需防雷接地的弱電系統主要包括通信、信號及站臺門等專業。位于室外的設備（如攝像機、信號燈、接入點天線等）均設置了避雷針。避雷針與區間橋墩的引下線焊接［9］，或與疏散平臺鋼結構焊接。對于已處于其它接閃器或高層建筑原有接閃系統保護范圍之內的設備，可不再設置直擊雷防護。

各系統設備內部根據GB 50343—2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》，自行設置第二級或第三極防雷保護［10］。

所有弱電設備的金屬外殼、線槽、保護管，以及設備房內的防靜電地板支架及金屬門窗均需與房間內的接地母排相連接［10-11］。

通信線路均采用鋼槽或鋼管防護，以降低設備遭受雷電侵入波損害的概率。信號傳輸線路盡量采用光纖。站內雙電源切換UPS（不間斷電源）進線處設置浪涌保護器。

站臺門系統接地是車站停車區域低于軌面450 mm處設置與變電所接地母排相連的接地軌。當磁浮列車到站后，列車與車站地網為等電位。故磁浮車站站臺門不需進行絕緣處理，但需進行等電位連接：①站臺門系統需進行豎直方向和水平方向的等電位連接。②站臺門系統與軌道通過50 mm2電纜連接至強電接地總母排端子，保證二者等電位。

2 結語

長沙磁浮快線全線均為高架線路，且區間各種設備較多。一旦因雷擊造成關鍵設備或系統的損壞，勢必對正常運營產生較大影響。因此，設計時必須制定完善的防雷保護方案以確保磁浮線運行的防雷安全。本文對長沙磁浮快線的防雷及接地設計方案進行總結，旨在為類似工程設計提供參考。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.地鐵設計規范：GB 50157—2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013：153.

［2］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑物防雷設計規范：GB 50057—2010［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑物電子信息系統防雷技術規范：GB 50343—2012［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012：13.

［4］ 靳小兵，巫俊威，田琨，等.城市地鐵雷電防護關鍵技術研究［J］.氣象科技，2014（6）：1106.

［5］ 劉軍啟.地鐵及輕軌車站防雷和接地系統分析及探討［J］.電源技術應用，2009（6）：35.

［6］ 劉永紅.地鐵車站的防雷接地保護研究［J］.鐵道工程學報，2008（4）：94.

［7］ 于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統設計原理與運用［M］.成都：西南交通大學出版社，2008：113.

［8］ 徐光強，江安，曹小相.直流1 500 V接觸軌系統創新設計［J］.都市快軌交通，2010（1）：18.

［9］ 王道平，呂昆坤，劉帥.地鐵防雷系統檢測技術的研究［J］.通訊世界，2015（7）：1.

［10］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑物防雷工程施工與質量驗收規范：GB 50601—2010［S］.北京：中國計劃出版社，2010：7.

［11］ 宋世超.地鐵工程中無線基站防雷接地的研究［J］.信息通信，2015（5）：206.

Design of Lightning Protection and Grounding for Changsha Maglev Express Project

WANG Defa

There are significant differences between maglev train and other rail transit means in car-body structure，track structure and current collection mode，special consideration should be paid to the design of lightning protection and grounding.In this paper，the setting mode and materials of lightning protection and grounding facilities for Changsha maglev express station，elevated section and depotare introduced，concrete practices of the design are described.In theform ofdiagram，lightning protection and grounding solutions，the civil reserve requirements of embedded construction in the interval and F-typetrack arealso introduced.These design schemes and solutions have been used in Changsha maglev express project with good lightning protection effect，providing a valuable reference for the design of similar projects in the future.

Changsha maglev express；lightning protection and grounding；station；section；depot

Author′s address China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

U224.2+5∶U237

10.16037/j.1007-869x.2017.12.029

2016-03-23）